Эффект вавилова черенкова кратко


Излучение Черенкова можно назвать физикой XIX века, случайно пробравшейся в XX-й. Его могли предсказать (и до какой-то степени это сделал физик Хевисайд) в 1880-х, но этот эффект был обнаружен случайно, возможно, Марией и Пьером Кюри. Его тщательно изучал Павел Черенков в 1930-е годы, а через несколько лет эффект подробно объяснили Илья Михайлович Франк и Игорь Евгеньевич Тамм. Три этих физика получили за изучение этого явления нобелевскую премию в 1958 году.

Прим. перев.: в англоязычных источниках почти всегда при описании излучения Черенкова авторы спешат упомянуть чету Кюри и то, что они ещё в начале XX века вроде бы наблюдали некое голубое свечение в своих опытах с радием. При этом обычно источника этой информации они не указывают; в редких случаях пишут, что информация получена на основании прочтения художественной книги, биографией четы Кюри, написанной их дочерью, Евой.

А в самой биографии о голубом свечении сказано только вот что:

«И среди темного сарая стеклянные сосудики с драгоценными частицами радия, разложенные, за отсутствием шкафов, просто на столах, на прибитых к стенам дощатых полках, сияют голубоватыми фосфоресцирующими силуэтами, как бы висящими во мраке.» // «Пьер и Мария Кюри», пер. с французского С. А. Шукарев, Евгений Федорович Корш, изд. 1959 г.


Что это было за наблюдение? Черенков изучал голубой свет, появлявшийся в тот момент, когда радиоактивные объекты (содержащие атомы, чьё ядро распадается на другие ядра, выплёвывая частицы высокой энергии, среди которых встречаются электроны и позитроны) размещались рядом с водой и другими прозрачными материалами. Сейчас мы знаем, что любая электрически заряженная частица, такая, как электрон, движущаяся с достаточно высокой энергией через воду, воздух или другую прозрачную среду, будет испускать голубой свет. Свет этот движется от частицы под определённым углом к направлению её движения.

Что происходит? Как поняли Франк и Тамм, это фотонный удар, аналогичный звуковому удару, происходящему, когда сверхзвуковой летательный аппарат движется быстрее скорости звука, или волнению, которое создаёт судно, идущее по воде. Свет в прозрачной среде будет двигаться со скоростью, отличающейся от скорости света в вакууме из-за взаимодействия между светом и заряженными частицами (электронами и ядрами атомов), составляющими эту среду. К примеру, в воде свет перемещается примерно на 25% медленнее, чем в вакууме! Поэтому электрону высокой энергии легче перемещаться быстрее, чем свет перемещается в воде, и при этом не превышать скорости света в вакууме.
ли такая частица идёт через воду, она создаёт электромагнитную взрывную волну, похожую на взрывную волну, создаваемую сверхзвуковым самолётом в плотном воздухе. Эта волна исходит от частицы, так же, как звуковая волна исходит от самолёта, и переносит в себе энергию во многих формах (длинах волн) электромагнитного излучения, включая и видимый свет. На фиолетовом конце радуги энергии создаётся больше, чем на красном, поэтому свет для наших глаз и мозга выглядит в основном голубым.

Такое излучение чрезвычайно полезно в физике частиц, ибо оно даёт прекрасный способ обнаружения частиц высокой энергии! Мы не только можем видеть присутствие заряженных частиц высокой энергии благодаря испускаемому ими свету, мы можем постичь гораздо больше, изучая подробности этого света. Точная схема излучения может помочь определить (а) по какому пути частица следует в среде, (б) сколько энергии она переносит, и даже (в) кое-что по поводу её массы (поскольку электроны будут рассеиваться в среде, а более тяжёлые частицы будут вести себя по-другому). Несколько очень важных экспериментов, включая и те, что впоследствии получили нобелевку, основываются на этом излучении. Среди них эксперименты, сыгравшие главную роль в изучении нейтрино, например, Супер-Камиоканде.

Излучение Черенкова также очень полезно при проверках правильности описания природы эйнштейновской теорией относительности.
смические лучи – частицы, летящие из глубокого космоса (часто сталкивающиеся с чем-нибудь в атмосфере и порождающие каскады частиц, которые можно обнаружить детекторами на земле), в редких случаях могут обладать чрезвычайно высокой энергией – в 100 миллионов раз большей, чем энергия протонов в Большом Адронном Коллайдере. Эти частицы (насколько мы знаем) были созданы на расстоянии многих световых лет от Земли в таких мощных астрономических событиях, как сверхновые. Предположим, что скорость света была бы не универсальным ограничением скорости, и эти частицы перемещались бы быстрее света в вакууме космоса. Тогда эти высокоэнергетические частицы также вызывали бы излучение Черенкова. А поскольку их путь был таким долгим, они потеряли бы много энергии на это излучение. Оказывается, что эта потеря энергии может происходить очень быстро, и что эти частицы в таком случае не могли бы преодолеть астрономические расстояния и сохранить такие высокие уровни энергии, если только их скорость не оставалась меньше, чем скорость света.

Короче говоря, если бы космические лучи сверхвысоких энергий могли двигаться быстрее света, тогда мы не могли бы наблюдать никаких космических лучей с такой энергией, ибо они должны были бы растерять всю свою энергию до того, как достигнут Земли. Но мы их наблюдаем.

Тут есть небольшой подвох: мы почти уверены, что большая часть их обладает зарядом: их свойства говорят о том, что они участвуют в сильном ядерном взаимодействии, а единственные стабильные частицы, способны пройти такие расстояния – это протоны, и вообще, ядра атомов, и все они обладают электрическим зарядом. Если даже воспользоваться этим подвохом, но ограничения можно немного ослабить, но они всё равно останутся довольно сильными.


Из этого можно заключить: космические лучи сверхвысоких энергий (а также вообще все космические лучи низких энергий) не могут двигаться быстрее скорости света, по крайней мере, сильно быстрее. И если это опережение существует, то его оценки, сделанные в конце 1990-х знаменитыми физиками Сидни Коулманом и Шелдоном Глэшоу, говорят, что эта величина может быть равной десяти частям из триллиона триллионов. С тех пор эти ограничения, вероятно, были улучшены благодаря данным экспериментов.

Точно так же, то, что мы можем наблюдать высокоэнергетические электроны, накладывает ограничение на их скорость по отношению к скорости света. Одно из последних заявлений, о которых я читал, говорит, что из наблюдений за электронами с энергиями до 0,5 ТэВ следует, что электроны не могут превышать скорость света больше, чем на одну часть из тысячи триллионов.

Источник: habr.com


Точные науки и дисциплины
Дебаты по Теории Относительности Эйнштейна. Все кому не лень хотят опровергнуть Теорию Относительности Эйнштейна. Вам предоставляется слово для аргументации.
Физика, астрономия, математические решения. Физико-математические вопросы, наблюдения, исследования, теории и их решение.
Физика альтернативная. Новые взгляды на физические законы, теории, эксперименты, не вписывающиеся в общепринятые законы физики.
Teхника, узлы, механизмы, электроника и аппаратура. Все про технику, приборы, детали, узлы и механизмы. Электроника, компьютеры, программное обеспечение. Новые технические решения в самых разных областях.
Биология, Генетика, Все о жизни. Генетика и другие вопросы биологии. Их развитие. Медицина. Биотехнологии, агротехника и сельское хозяйство. Эволюционные теории и альтернативные им.
Химия. Вопросы по химическим технологиям, разработкам и применению химических материалов. Химические элементы и их свойства.
Геология, все о Земле и ее обитателях. Геология, метеорология, антропология, сейсмология, атмосферные явления и непознанные эффекты природы.

Источник: www.sciteclibrary.ru

История открытия

В 1934 году 30-летний советский аспирант Павел Алексеевич Черенков выполнял в лаборатории Сергея Ивановича Вавилова серию практических экспериментов по изучению нетеплового излучения прозрачных жидкостей под действием гамма-излучения.


1048;сследуемое излучение обладало слабым синеватым оттенком. Первоначально считалось, что подобное излучение является люминесценцией. Как известно люминесценция представляет собой излучение, вы.
#1085;ия (орбиты) в другое энергетическое состояние (орбиту). Однако детальное изучение П. А. Черенковым излучения жидкостей с синеватым оттенком показало, что оно представл.
6;сть света в воздухе. Фактически высокоэнергетические фотоны гамма-излучения выбивали электроны из электронных оболочек атомов молекул воздуха и отправляли их свободное плавание.
1069;тот факт удалось выяснить на основе множества отличий от люминесценции:

  1. Излучение наблюдалось у всех прозрачных жидкостей;
  2. Излучение не изменялось при изменении химического состава прозрачных жидкостей;
  3. У излучения наблюдалась поляризация, в направлении вектора распространения частиц;
  4. У излучения не наблюдалось ни одного из видов тушения. Тушением называется свойство люминесценции уменьшать интенсивность излучения под действием изменений температуры или различных колебательных движений.

Первоначально обнаружение нового излучения было воспринято научным сообществом с большим скепсисом. Так проводилась аналогия с ошибочной интерпретацией так называемых N-лучей. В связи с этим редакторы наиболее авторитетного научного журнала Nature отказались опубликовать научную статью об открытом явлении.

Первую теоретическую интерпретацию обнаруженного излучения дал С. И. Вавилов. Он полагал, что излучение вызвано движением электронов в среде в отличие от обычного теплового излучения, которое вызвано движением атомов. При этом Вавилов опирался на классическую термодинамику, один из постулатов которой звучал о том, что любая заряженная частица, которая движется с ускорением, является источником излучения. Гипотезу С. И. Вавилова пришлось отбросить, так как она не объясняла слабой зависимости интенсивности черенковского излучения от порядкового номера химических элементов среды в Периодической таблице имени Менделеева. В 1937 году советские физики Игорь Евгеньевич Тамм и Илья Иванович Франк опубликовали ряд теоретических работ с подробным обоснованием механизма излучения, которое сегодня принято в научном мире за истину. В их работе черенковское излучение объяснялось равномерным и прямолинейным движением заряженных частиц со скоростями, которые превышают скорость света в среде. В связи с этим возникает парадокс, что скорость черенковского излучения может превышать скорость света в вакууме. Этот парадокс объясняется многочисленными преломлениями света в среде.

Открытие нового излучения стало важным открытием, которое получило высшую награду по физике в 1958 году. Нобелевскую премию разделили три советских физика, причастных к открытию: П. А. Черенков, И. Е. Тамм и И. И. Франк.

Интересно отметить, что многие физики регистрировали черенковское излучение задолго до первых наблюдений П. А. Черенкова. Это не является удивительным, так как черенковское излучение было обнаружено через 40 лет после открытия явления радиоактивности и процессов радиоактивного распада химических элементов. Вероятно, первой наблюдала черенковское излучение Мария Кюри. В своих исследованиях она отметила слабое свечение синего цвета, которое наблюдалось в концентрированных растворах с радием. Другой исследователь, французский физик Малле, в 1926 году даже отметил некоторые отличия свечения жидкостей рядом с радиоактивными веществами от явления люминесценции. Однако на его работы современники не обратили должного внимания. В этом плане заслуга П. А. Черенкова состояла в его упорстве и терпеливости в направлении подтверждения и подробного изучения открытого явления.

Механизм, геометрия черенковского излучения и интересные следствия

Геометрически черенковское излучение во многом напоминает конус ударной волны, которая распространяется при сверхзвуковом движении самолета или пули. Подобный конус называется конусом Маха.

Кроме того, можно отметить интересную особенность: при образовании черенковского излучения наблюдается уменьшение скорости и кинетической энергии частиц.

Черенковское излучение является причиной, по которой на многокилометровой глубине океанского дна не бывает абсолютной темноты. Появление потоков электронов в толще океанской воды связано с распадом радиоактивных химических элементов, в частности калия-40. Предполагается, что большие глаза глубоководных организмов вызваны необходимостью улавливания подобного тусклого излучения.

Источник: SpaceGid.com


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.